钢板桩围堰施工方案

钢板桩围堰施工方案一、工程概况望虞河大桥桥为中心里程为K8+577.4,桥跨布置为6x25m+(53+85+53)m+4x25m，主桥采用3跨变高度预应力砼连续箱梁，两侧引桥采用25m先简支后连续部分预应力砼组合箱梁。下部结构为大体积承台，柱式薄壁墩。基础为桩基础。二、施工方案的总体设计根据工地现场的实际情况、施工组织设计的总体工期安排，结合我单位技术装备水平和现有设备、人员情况，我单位在望虞河大桥施工中拟采用如下施工方案：主桥墩的水中钻孔灌注桩采用搭设水中固定平台施工方案，平台与岸边通过栈桥连接，最后类似于陆上钻孔作业。主桥墩水下承台、墩柱（身）采用钢板桩围堰施工方案。主桥的7、8号主墩各打设一个水中钢板桩围堰，钢板桩围堰尺寸定为：单个主墩为13m×28m。围堰的内侧距离河岸约18m，钢板桩选用德国拉森Ⅳ型，7#墩采用长度为18m的钢板桩，8#墩均采用长度为18m和24m的钢板桩。因为根据此桥的水深、水文、地质等相关情况和我单位多年进行水中施工的经验，我们对各类施工方案进行综合比选后认为：采用钢板桩围堰施工方案与钢套箱围堰相比具有工艺简单、施工期间临时占用水面较小、安全、施工风险易于控制等诸多优势。跨望虞河主桥采用悬浇挂篮施工，以保证河道的正常过水和通航。大桥的引桥施工位于陆地上，施工工艺较为简单，在此不作详细介绍。三、钻孔平台施工水中钻孔灌注桩采用搭设水中固定平台施工方案，平台与岸边通过栈桥连接，最后类似于陆上钻孔作业。1、水中钻孔平台及栈桥施工：(1)、栈桥基础采用Ф600mm钢管桩，入土深度控制在4-6m，视栈桥位置地质情况而定。上部采用贝雷梁、工字钢及方木组合，顶面铺设钢板。根据现场调查和施工要求，栈桥设置为1跨18m,桥面宽度8m。(2)、水中钻孔平台采用Ф800mm钢管桩、入土深度同样控制在4-6m。钢管桩利用振动锤打桩，结束后，在每个管桩顶横放（方向顺主桥方向）双排I36工字钢或I40工字钢，上层放置贝雷梁。再利用角钢、U形卡等将贝雷梁与横梁工字钢、钢管桩连成一个整体。贝雷梁顶层铺设I25工字钢、最后在工字钢上铺设钢板、及焊接施工栏杆等，形成一个大的施工平台。此后便可利用吊车配合振动锤在平台上进行桩基的护筒埋设，进行钻孔作业。Ф1.5m钻孔灌注桩采用Ф2.0m钢护筒，利用振动锤完成护筒的埋设、拔除工作。桩基钢筋笼可在岸上钢筋加工厂加工制作完成后，运至平台上，利用平台上的吊车，下放钢筋笼。待主桥所有钻孔桩完成后，即可拆除固定平台，保留栈桥，施工钢板桩围堰。2、单根钢管桩单桩承载力计算a、计算条件b、选用的钢管桩为φ=600mm，壁厚δ=8mm的敞口钢管桩，钢管桩材质为A3钢。c、考虑到望虞河为人工开挖的新河道，河床底部淤泥层较浅，钢管桩打入土层的深度按h=4m来控制。d、计算过程e、根据人民交通出版社出版的高等学校教材《基础工程》中有关桩基计算的公式来进行验算。f、钢管桩因考虑到桩底闭塞效应及挤土效应的特点，按单桩轴向承载力计算公式计算。g、单桩轴向承载力Pj的计算公式为Pj=λsUΣτiLi+λPAσR（1-1）公式中：当和hb/ds＜5时λP=0.16×hb/ds×λs（1-2）当和hb/ds＞5时λP=0.8×λs（1-3）Pj——钢管桩单桩轴向极限承载力λP——桩底闭塞效应系数，对于闭口钢管桩λP=1,对于敞口钢管桩，λP值参考公式（1-2）、（1-3）进行取值λs——侧阻挤土效应系数，对于闭口钢管桩λs=1,对于敞口钢管桩，λs值参考教材中的取值，钢管桩内直径φ=600mm，取λs=1hb——桩底端进入持力层的深度（m）取hb=4mds——钢管桩内直径（m）内直径φ=0.6mA——桩底投影面积（㎡）A=r2=0.283㎡U——桩的周长（m）U=2r=1.885mσR——桩底处土的极限承载力（kPa）本次计算取σR=100kPaLi——桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度（m）本次计算年，取Li=3mτi——与Li相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力（kPa）。本次计算中，通过参考地质资料及相关的数据，保守计算，取τi=25kPa计算：因hb/ds=4/0.6=6.67，所以取λP=0.8×λs=0.8×1=0.8将上述各项参数代入公式可以计算得出：Pj=λsUΣτiLi+λPAσR=1×1.885m×3m×25kPa+0.8×0.283㎡×100kPa=1×1.885×3×25×103N+0.8×0.283×90×103N=161.7×103N=161KN≈16吨在搭设水中平台时，每个平台打设28根钢管桩，理论合计平台承载力为：P=161KN×28=4508KN≈450吨。承载力满足施工要求。四、钢板桩围堰的设计与施工：水下承台、墩柱（身）采用钢板桩围堰施工方案。围堰尺寸定为：单个主墩为15m×28m，钢板桩选用德国拉森Ⅳ型，7#墩采用长度为18m的钢板桩，8#墩均采用长度为18m和24m的钢板桩。1、桥梁桩基、承台的相关参数：7#和8#墩共计设计有36根直径为1.5m、桩长为75m的钻孔灌注桩。桩基标高参数为：7#主墩桩顶-9.263m、桩底-84.263m，8#主墩桩顶-9.303m、-84.303m。7#和8#墩设计承台4个、每个承台基础为9根桩。左右幅承台尺寸为均为10.3m×10.3m×2.8m。承台底面高程依次为：7#墩承台顶标高-6.463m、承台底标高-9.263m；8#墩承台顶标高-6.503m、承台底标高-9.303m。07年8月份实测水位标高为+2.165m，河床实测水深约为8.0m。08年3月份实测水位标高为+1.4m，河床实测水深约为7.5m，推测主墩位置处河床底标高约为-6.0m左右。2、地质资料情况介绍根据设计院提供的地质资料，结合主桥钻孔桩施工的钻进记录情况，桥位附近靠7#墩一侧，自上而下为亚粘土层（-0.2m—62.2m），粉细砂层（-62.2m—69.6m）。靠8#墩附近的依次为淤泥、亚粘土（-3.1m—6.7m）、粉砂（-6.7m—17.4m）、亚粘土（-17.4m—19.8m）、亚砂土（-19.8m—28.5m）、亚粘土（-28.5m—61.4m）及粉细纱层（-61.4m—74.4m）等。3、水文资料：设计最高通航水位为+2.684m，最低通航水位为+0.714m，07年8月份实测水位为+2.1m。施工常水位按+2.1m，最高水位按+2.6m考虑。水的正常流速按1.0m/s考虑。4、钢板桩围堰简介。根据河床地质和水文情况及施工要求，初步确定围堰尺寸为13m×28m。7#墩采用长度为18m的钢板桩，8#墩均采用长度为18m和24m的钢板桩。钢板桩为宽0.4m的拉森IV型。钢板桩顶标高为+3.0m，底低标高为-15m。7#墩钢板桩入土部分为亚粘土层，8#墩钢板桩入土部分为粉细纱砂层。其内支撑7#墩和8#墩均设置4道（详见另附图），第1层围囹斜撑均采用2I40aH型钢，第2、3、4层围囹均采用2I50a工字钢，斜撑均采用钢管支撑，节点采用焊接（施工中严格执行钢结构施工规范）。5、钢板桩的设计因7#墩和8墩围堰尺寸相同，钢板桩顶标高一样，承台标高相差仅4cm，而内支撑材料形式一样，受力情况基本一致，由于8#墩地质为粉细纱，极易发生管涌，由于均采用封底，故可只分析验算其中受力复杂的8#墩围堰受力情况即可。（1）、平面几何尺寸的确定主墩承台的几何尺寸为10.3m×10.3m，左右幅承台间距为3.2m，考虑到施工需要，主要体现在围堰打设方便、承台模板安装的作业空间，以及施工期间围堰内的抽水、集水井设置等因素，最后确定围堰的打设平面几何尺寸为13m×28m。这样，围堰距离承台砼边的距离为1.5m，满足施工需要。（2）、钢板桩长度、入土深度确定根据望虞河现场的施工条件，结合水深、水流速度、桥位处地质情况、钢板桩的施工工艺等因素综合考虑、7#墩采用长度为18m的钢板桩，8#墩均采用长度为18m和24m的钢板桩。钢板桩顶标高为+3.0m，底低标高为-15m。6、钢板桩围堰的计算及验算为确保大桥主墩钢板桩围堰的安全，在围堰设计时，采用不同的方法队围堰的稳定性、安全性进行验算，确保施工过程安全。第一种方法，建立近似的计算模型，采用计算机程序进行计算。8#主墩钢板桩围堰受力计算，详细的计算过程附后。第二种方法，采用传统的手工计算方式，通过参考相关的专业书籍、规范、及计算手册，通过计算，来确定围堰的稳定性、安全性，是否满足施工需求。钢板桩围堰的稳定性验算（1）、计算工况选定通过分析施工过程的工艺流程，结合理论知识，可以确定8号主墩的最不利情况下的工作状况为，水下吸泥工序已经完成，还未进行封底砼的施工。此时，围堰内的土面比围堰外河床面要低4.8m，土压力达到最大，易失稳。（2）、计算的理论依据及计算模型取1延米长的钢板桩为计算单元体，按板桩墙计算。通过参考相关计算手册、专业理论教材，确定按悬臂板桩的土压力计算模型来模拟计算，土压力理论采用朗金土压力。计算时，考虑到此时围堰的第1、2到围檩已经安装，对围堰的安全性有帮助，但在计算过程中，不参与计算，相对保险系数加大。按悬臂板桩的土压力计算公式来计算钢板桩的最小入土深度及围堰的受力状况、稳定性等。粘性土：主动土压力：Ea=γzm2-2cm被动土压力：Ep=γz+2c公式中：γ土的自重（KN/m3）C土的粘聚力（kPa）φ土的内摩擦角Z计算点距离土面的距离（m）5（3）、计算参数的确定根据设计图纸提供的地质资料得知、主墩附近的详细地质参数取定如下：粘性土：自重γ=19kN/m、内摩擦角φ==30°、粘聚力C=11kPa按照朗金土压力理论，查相关计算手册及通过公式计算可得：主动土压力相关系数：m==0.577，m2=0.333被动土压力相关系数：==1.732，=3.000望虞河的正常水流速度v=1m/s，河水的深度按8m计算8#墩承台底标高-9.303m，封底砼厚度取1.5m计算，则封底砼的底标高为-10.8m。钢板桩长度为18m，顶标高为+3.0m，底低标高为-15m，主墩位置处河床底标高约为-6.0m左右，推算出围堰内外侧基坑高差为4.8m。第2到围檩距离河床底的距离为5.0m，钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m（4）、计算受力模型及工况示意图围堰外侧水及主动土压力围堰内静水及被动土压力（5）、计算过程①、围堰外迎水面钢板桩水压力计算P1=ρWhP—每延米板桩壁河床处水的压强（kpa）。ρW——水的密度。P1=ρWh=108=80kpa。h—水深（m）迎水面钢板桩水压力合力Ea1Ea1=P1hEa1=808m=320KN相对于第2道围檩的力臂L1=5-（8）=2.333m②、围堰外侧封底砼标高至河床顶4.8m厚主动土压力合力Ea2根据朗金土压力计算公式：h2=4.8m厚土层地的主动土压力Pa2Pa2=γh2m2=19×4.8×0.333=30.37kpa。主动土压力合力Ea2Ea2=γh22m2=×19×4.82×0.333=72.887kNEa2作用点距离土层底的距离为1/3土层厚相对于第2道围檩的力臂L2=5+4.8-（4.8）=8.2m③、钢板桩封底砼底有效入土深度4.2m厚主动土压力合力Ea3h3=4.8m厚土层地的主动土压力Pa3拉应力与压应力得临界高度h0=,计算可得h0===2m,可求得h3=4.2-2=2.2mPa3=γh3m2+Pa2=19(4.2-2)0.333+30.37=44.29kpa主动土压力合力Ea3Ea3=h3Pa3=2.244.29=48.719kNEa3作用点距离土层底的距离为1/3土层厚h3/=2.2=0.733m相对于第2道围檩的力臂L3=5+4.8+2+(2.2-0.733)=13.627m④、围堰内水面钢板桩静水压力计算P1/=ρWhP1/=ρWh=10（8+4.8）=128kpa。围堰内钢板桩静水压力合力Ea1Eb1=P1/h1/Eb1=12812.8m=819.2KNEb1作用点距离水面以下2/3水，则有合力点相对于第2道围檩的力臂L2/L1/=5+（4.8-1/312.